矿山井下巷道火灾避险模拟方法与流程

本发明属于矿山井下灾害预防，具体为一种矿山井下巷道火灾避险模拟方法。

背景技术：

1、矿山井下巷道分布复杂，火灾发生后难以快速规划出最优逃生路线，现有模拟软件功能多为逃生模拟演练，其功能为采用vr或第一人称模拟的方式，演练当固定地点和火势灾害发生后，自主操作根据场景中的ui提示一步步执行规范的应急动作，比如正确佩戴防护用具、正确使用灭火器的步骤、正确操作报警设备或关闭阀门等操作。这种演练方式侧重动作流程和操作步骤上的规范，具有通用性，但只能模拟固定位置的火灾发生，对于不同人员分布和不同起火位置的模拟不够灵活，不能针对具体矿山的具体井下实际巷道分布和可能的起火位置进行所有位置人员的逃生路线规划。

技术实现思路

1、为了克服现有模拟软件不能针对具体矿山的具体井下实际巷道分布和可能的起火位置进行所有位置人员的逃生路线规划的不足，本发明提供一种矿山井下巷道火灾避险模拟方法，可以指定人员分布和起火位置，在每个人员位置到每个逃生出口之间综合多种因素来规划最优逃生路径，同时，实时模拟烟雾扩散过程，再对各个开采水平的每个人员的逃生路径进行实时重新计算并作出调整。

2、本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种矿山井下巷道火灾避险模拟方法，步骤包括：

4、创建井下巷道三维模型，并将井下巷道三维模型导入至unity软件，在unity软件中搭建三维场景；

5、制作用于动态生成对象的预制体，所述预制体包括人员预制体、火焰预制体、烟雾预制体、风机模型预制体；

6、生成人员和火焰：从摄像机向鼠标位置发射射线，在射线与三维场景中巷道三维模型发生碰撞的点实例化人员预制体或火焰预制体；

7、模拟烟雾扩散过程；

8、烘焙导航网格，并使人员预制体能够在导航网格上行走；

9、人员智能寻路：动态调整逃生路线，人员根据逃生路线进行导航移动；

10、风烟交互：根据风路导航计算，绘制线段指示风路，对线段进行射线检测并将射线方向与烟雾对象的属性比对，根据比对结果销毁或加速烟雾扩散。

11、基于上述方案，通过预制体的动态生成，可以在模拟中实时生成人员、火焰、烟雾等对象，增加模拟的真实感。通过模拟烟雾的扩散过程，可以更好地理解火灾蔓延的情况，有助于制定更有效的逃生策略。通过烘焙导航网格和智能寻路算法，可以使人员预制体能够在导航网格上行走，并根据逃生路线进行导航移动。通过计算风路、绘制线段和射线检测，可以实现风烟交互效果，帮助判断烟雾扩散方向。这种矿山井下巷道火灾避险模拟方法可以提供更真实、可视化的火灾模拟，帮助更好地了解火灾蔓延情况，制定有效的逃生策略。

12、进一步的，所述风机模型预制体的制作方法是：利用建模软件得到风机设备模型，在unity软件中加载风机设备模型，并进行渲染，添加脚本并指定风机设备模型碰撞范围，为风机设备模型添加两个空子物体作为风路位置标识点，并为两个空子物体添加transform组件，得到风机模型预制体；接着，在三维场景中根据风机在巷道中的位置，实例化风机模型预制体为对象。

13、进一步的，所述人员预制体的制作方法是：利用建模软件得到作业人员模型，在unity软件编辑器中，制作作业人员信息可视化图元预制体，在unity软件中加载作业人员模型，对该作业人员模型进行渲染，添加脚本并指定作业人员模型的碰撞范围，为作业人员模型添加导航移动功能，在作业人员模型下添加作业人员信息可视化图元预制体作为子物体，完成人员预制体的制作。

14、进一步的，所述火焰预制体的制作方法是：在unity软件中创建一空物体，为其添加粒子效果，调节粒子相关参数实现火焰效果，并为该物体添加导航网格阻碍。

15、进一步的，所述烟雾预制体的制作方法是：在unity软件中创建一空物体，为其添加粒子效果，调节粒子相关参数实现烟雾效果，并为该物体导航网格阻碍，为该物体添加脚本以控制烟雾的扩散行为。

16、进一步的，所述模拟烟雾扩散过程，具体为：从火焰中心触发，向水平八个方向发射固定长度的线段，通过射线检测的方式判断每条线段是否与巷道三维模型发生碰撞，如果未碰撞则在线段末端生成新的烟雾预制体，新的烟雾预制体生成时，记录上一生成点到当前生成点的方向向量作为烟雾扩散方向，然后在当前生成点发射八个方向的线段重复上述检测和生成步骤，实现烟雾扩散过程的模拟。

17、进一步的，所述烘焙导航网格，具体为：为巷道三维模型添加meshcollider组件，并在navigation面板中执行bake操作，生成导航网格；为人员预制体添加navmeshagent组件，使其能够在导航网格上行走，并设置其可行走的导航层。

18、进一步的，所述风烟交互，具体为：在三维场景场景运行时，风在进风井与各水平巷道交汇处生成、在各处风机的后方生成，经由风机向出风井与各水平交汇点进行导航计算，但并不导航移动，获取各个导航路径点后，沿这些点绘制出图形来指示风路；从每个导航路径点出发，向其下一点绘制一条线段并进行射线检测，如果该线段碰撞检测到了烟雾对象，将射线方向与烟雾对象的扩散方向属性对比，反向则将烟雾对象销毁，同相则提高烟雾扩散速度。

19、本发明的有益效果包括：

20、通过创建井下巷道三维模型和使用unity软件搭建三维场景，可以实现对矿山井下巷道火灾避险过程的真实模拟。通过模拟烟雾的扩散过程，可以更好地了解烟雾在巷道中的传播规律，有助于指导人员在火灾中的逃生行动，提高逃生效率。通过烘焙导航网格和人员预制体的导航移动功能，可以实现人员在火灾场景中的智能寻路，有助于提供逃生路线的指引。通过风烟交互的模拟，可以更好地了解风对烟雾扩散的影响，有助于指导人员选择逃生路线，避开烟雾区域。基于以上方案可以提供一个真实、动态的矿山井下巷道火灾避险模拟环境，帮助提高火灾逃生的认识和应对能力，提高逃生效率和成功率。

技术特征：

1.一种矿山井下巷道火灾避险模拟方法，其特征步骤包括：

2.根据权利要求1所述的矿山井下巷道火灾避险模拟方法，其特征在于，所述风机模型预制体的制作方法是：利用建模软件得到风机设备模型，在unity软件中加载风机设备模型，并进行渲染，添加脚本并指定风机设备模型碰撞范围，为风机设备模型添加两个空子物体作为风路位置标识点，并为两个空子物体添加transform组件，得到风机模型预制体；接着，在三维场景中根据风机在巷道中的位置，实例化风机模型预制体为对象。

3.根据权利要求1所述的矿山井下巷道火灾避险模拟方法，其特征在于，所述人员预制体的制作方法是：利用建模软件得到作业人员模型，在unity软件编辑器中，制作作业人员信息可视化图元预制体，在unity软件中加载作业人员模型，对该作业人员模型进行渲染，添加脚本并指定作业人员模型的碰撞范围，为作业人员模型添加导航移动功能，在作业人员模型下添加作业人员信息可视化图元预制体作为子物体，完成人员预制体的制作。

4.根据权利要求1所述的矿山井下巷道火灾避险模拟方法，其特征在于，所述火焰预制体的制作方法是：在unity软件中创建一空物体，为其添加粒子效果，调节粒子相关参数实现火焰效果，并为该物体添加导航网格阻碍。

5.根据权利要求1所述的矿山井下巷道火灾避险模拟方法，其特征在于，所述烟雾预制体的制作方法是：在unity软件中创建一空物体，为其添加粒子效果，调节粒子相关参数实现烟雾效果，并为该物体导航网格阻碍，为该物体添加脚本以控制烟雾的扩散行为。

6.根据权利要求1或5所述的矿山井下巷道火灾避险模拟方法，其特征在于，所述模拟烟雾扩散过程，具体为：从火焰中心触发，向水平八个方向发射固定长度的线段，通过射线检测的方式判断每条线段是否与巷道三维模型发生碰撞，如果未碰撞则在线段末端生成新的烟雾预制体，新的烟雾预制体生成时，记录上一生成点到当前生成点的方向向量作为烟雾扩散方向，然后在当前生成点发射八个方向的线段重复上述检测和生成步骤，实现烟雾扩散过程的模拟。

7.根据权利要求1所述的矿山井下巷道火灾避险模拟方法，其特征在于，所述烘焙导航网格，具体为：为巷道三维模型添加meshcollider组件，并在navigation面板中执行bake操作，生成导航网格；为人员预制体添加navmeshagent组件，使其能够在导航网格上行走，并设置其可行走的导航层。

8.根据权利要求1所述的矿山井下巷道火灾避险模拟方法，其特征在于，所述风烟交互，具体为：在三维场景场景运行时，风在进风井与各水平巷道交汇处生成、在各处风机的后方生成，经由风机向出风井与各水平交汇点进行导航计算，但并不导航移动，获取各个导航路径点后，沿这些点绘制出图形来指示风路；从每个导航路径点出发，向其下一点绘制一条线段并进行射线检测，如果该线段碰撞检测到了烟雾对象，将射线方向与烟雾对象的扩散方向属性对比，反向则将烟雾对象销毁，同相则提高烟雾扩散速度。

技术总结
本发明提供一种矿山井下巷道火灾避险模拟方法，步骤包括：将井下巷道三维模型导入至Unity软件，在Unity软件中搭建三维场景；制作用于动态生成对象的预制体，实例化人员预制体或火焰预制体；模拟烟雾扩散过程；烘焙导航网格，并使人员预制体能够在导航网格上行走；动态调整逃生路线，人员根据逃生路线进行导航移动；根据风路导航计算，绘制线段指示风路，对线段进行射线检测并将射线方向与烟雾对象的属性比对，根据比对结果销毁或加速烟雾扩散。本方法可以指定人员分布和起火位置，在每个人员位置到每个逃生出口之间综合多种因素来规划最优逃生路径，同时，实时模拟烟雾扩散过程，再对各个开采水平的每个人员的逃生路径进行实时重新计算并作出调整。

技术研发人员：姜子奇,蔺帅宇,程崇强
受保护的技术使用者：中冶北方（大连）工程技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1